2.1 ワン・ボード・マイコン(1回目)
2.2 原始的なワンチップ・マイコン(1回目)
2.3 最近のワンチップ・マイコン(1回目)
- ワンチップマイコンとは
- プログラムを入れておく＝メモリ
- プログラムを実行する＝CPU
- 外部機器を制御する＝インターフェース
- レジスタ
- 自分で任意に決められる＝ファイルレジスタ(128個存在が2バンク、それぞれが8ビット)
- マイコンの周辺機能を利用する為＝特殊レジスタ(00h〜0Bhおよび80h〜8Bh)
- マイコンの状態を示す為＝ステータスレジスタ(03h)
- 計算専用に使われる＝Ｗレジスタ(1つのみ存在)
- 2バンク構成(第0バンク=00h〜7Fh、第1バンク80h〜FFh)
- 特殊レジスタ(00h〜0Bhおよび80h〜8Bh)
- ユーザメモリ(0Ch〜FFhは8C〜FFhと同じイメージ)、
(16F84では50h〜FFhは未実装、すなわち68バイト利用できる)
PICはワンチップマイコンの一品種であり、ワンチップマイコンとは、
PIC16F84の概観と、そのピン配置は下図のとおりです。
実際の回路図については、後ほど述べます。
PICのプログラミングの勉強をするには、まずそのアーキテクチャ(構造)を よく理解することが必要です。 PICのアーキテクチャについては、テキスト17ページ図2-2をご覧ください。
ここでは、データバスだけに関連したアーキテクチャを図1に示します。
レジスタとは計算結果などを一時的に記憶させておくためのデータの入れ物 なんです。 レジスタのほうが簡単に出し入れできる。
4種類のレジスタ(PICにおいて)
PICを攻略するためには、下の図2のファイルレジスタおよび 図3のステータスレジスタの理解が避けてとおれない。
ちなみに、プログラム・メモリのデータはデータバスには出てきません。
プログラムメモリのアドレス幅は13bit(8kワード)であり、データ(命令長)は14bitです。
- 命令
- アセンブラMPLABの使い方
- アセンブラとは
- MPLAB起動
- プロジェクトの定義
- エディタの起動
- アセンブル
- シミュレータ：一番重要
PICの命令は、テキストp.36,37の表3-1のとおりの35個しかありません。
[全命令の一覧などを付録に示します。]
かなり特殊な命令もありますが、基本はデータの扱いと分岐、ステータスフラグ関連の 操作です。それ以外ではビット操作命令が強力ですので、ビットフラグを多用する プログラムとするとパフォーマンスが上がります。
命令の種類 例
@命令だけ NOP
A1オペランド命令 MOVLW K 定数
B2オペランド命令 ADDF f,d
はじめての例題：たし算するプログラム 10+5→15
(最初の10行は他のプログラムでもそのまま再利用できる。)
; file name = add.asm an example of the addition
list p=16f84
#include "p16f84.inc"
__CONFIG _HS_OSC & _WDT_OFF & _PWRTE_ON & _CP_OFF
RADIX DEC
TEMP EQU 20H ;20H番地に、TEMPというラベルをつける
ORG 00H ;00H番地からプログラムをはじめる。
MOVLW 10 ;Wレジスタ←10
MOVWF TENP ;TEMP←Wレジスタのデータを入れる
MOVLW 5 ;Wレジスタ←5
ADDWF TEMP,0 ;Wレジスタ←TEMP+Wレジスタ(0ならば、Wレジスタに演算結果を収納する。
; 1ならば、ファイルレジスタに演算結果を収納する。)
END
MOVLW k k(定数)をWレジスタに格納する MOVWF f f(ファイルレジスタ)にWレジスタのデータを格納する ADDWF f,d f(ファイルレジスタ)とWレジスタを足し合わせてdが 示す場所(0ならばWレジスタへ、1ならばファイルレジスタへ) に演算結果を格納する。 注1)数値を直接入力できるのはWレジスタのみ 注2)ファイルレジスタに代入するにはWレジスタに一度入力してからのみ 注3)ADDWF TEMP,0 の0のときはWレジスタに、1のときはファイルレジスタに代入される
このプログラムの動作イメージは下図のとおりです。
PICのプログラミング言語としては、C言語も利用できますが、本勉強会では 純正のアセンブラシステムである MPLABを使います。
MPLABはメーカ・ホームページ (http://www.microchip.com/) から最新版がダウンロードできますが、本勉強会では トランジスタ技術誌2000年7月号に付録のCD-ROMに収録されているMPLAB 5.00を インストールして使います。
アセンブリ言語 → 例 MOVLW 10 このような文字はPICマイコンには理解できない。
↓
そこで、アセンブラで機械語(01の列)に変換し、PICマイコンで実現可能にする。
アセンブリ言語と機械語は1対1に対応しており、詳細な記述が可能です。
スタート→プログラム→Microchip MPLAB→MPLAB
適当なドライブに作業名のディレクトリを作成する。ただし、MPLABは日本語を 解釈できないので、ローマ字を推奨する。 コメントでもMPLAB内では日本語を打ち込むことはできない。 外部からコピペはでける。
project→ New project
Directories: 作業用ディレクトリ File Name: addEdit project ダイアログボックスで
Project Target Filename add.hex .... Project Filesの Add Node.. ボタンを押し、 add.asmを加える。 OKボタンを押す。
Ctrl-N (File→New)を押し、エディット・ウィンドウを開く。
プログラムリストを打ち込む。
project→ Make project (F10)
save as ダイアログボックスで、 add.asm と入力すると
Building ADD.HEX... Compiling ADD.ASM: Command line: "C:\PROGRA~1\MPLAB\MPASMWIN.EXE /p16F84 /q C:\MPLAB\ADD.ASM" Warning[205] C:\MPLAB\ADD.ASM 1 : Found directive in column 1. (list) Error[113] C:\MPLAB\ADD.ASM 13 : Symbol not previously defined (EMP) MPLAB is unable to find output file "ADD.HEX". Build failed.13行目の TENPをTEMPに変更し、もう一度コンパイルする。
Building ADD.HEX... Compiling ADD.ASM: Command line: "C:\PROGRA~1\MPLAB\MPASMWIN.EXE /p16F84 /q C:\MPLAB\ADD.ASM" Warning[205] C:\MPLAB\ADD.ASM 1 : Found directive in column 1. (list) Build completed successfully.
ここで(MPLABの一回目の起動時のみ)、次のようにMPLABのモードを更新し、シミュレート可能にしておく。
Project→Edit projectで、以下のように指定する。
changeで、Tools→MPLAB simulator
processor = 16f84
clock HS 10
確認用のウィンドウを表示する。
Window→Program Memory ：アセンブル結果のリスト
Window→File Register Window：ファイルレジスタを表示する
Window→Special Function Register：特殊機能レジスタ(ステータスフラグ等)を表示する。
Debug→Run→Run
下に黄色の帯びがでて、高速で実行中を示す。
Debug→Run→Halt
で停止する。
Debug→Run→Reset(F6)
でリセットする。
Debug→Run→Step（F7)
でステップ実行する。
movlw 0xAが実行され、Special Function Registerウィンドウ内の ワーキングレジスタwの値が0Aとなる。更新されたので赤文字である。
w 0A 10 00001010 .以下同様に確認する。
注： File Register Windowの 0002 がステップ実行の度に更新されるが、 これはプログラムカウンタである。
TOPIS!
ファイルレジスタ0020番地を 00 にするには、
Window→Modify
Address 20
Data 00
として Write ボタンを押すと書き換わる。
簡単なやり方として、 File Register Window の値を左ドラッグで選択し、 右クリックすると File Registers メニューがでるので、楽勝である。
- 条件付ループ
- サブルーチン
次のプログラムをMPLABにコピペしてシミュレーションしよう。 動作については勉強会のときに解説します。
; file name = cjump.asm an example of the conditional jump list p=16f84 #include "p16f84.inc" __CONFIG _HS_OSC & _WDT_OFF & _PWRTE_ON & _CP_OFF RADIX DEC COUNT EQU 20H ;20HをCOUNTと呼ぶ ANS EQU 21H ;21HをANSと呼ぶ MOVLW 0 ;Wに0を代入 MOVWF ANS ;AnsにWの値を代入 MOVLW 10 ;Wに10を代入 MOVWF COUNT ;COUNTにWの値を代入 LOOP INCF ANS,1 ;ANSの値をインクリメント DECF COUNT,1 ;COUNTの値をデクリメント BTFSS STATUS 2 ;スキップする GOTO LOOP ;無条件ループ END
LOOP ANS+1
COUNT-1
COUNTが0であるか? →LOOPへ戻る
↓YES
次の処理
サブルーチンとは、副プログラム(C言語の関数)の事である。
プログラムのどこからでも同じ名前で呼び出せる。一定の意味のある処理 をまとめるにも良い手段である。
処理 ↓ ↓ ↓＜処理 ↓
次のプログラムをMPLABにコピペしてシミュレーションしよう。
解説は勉強会のときに解説します。
レジスタTEMPを1→10に1ずつ変化させ5のとき、 SIGNALを1にして脱出する。
; file name = subr.asm an example of the subroutine list p=16f84 #include "p16f84.inc" __CONFIG _HS_OSC & _WDT_OFF & _PWRTE_ON & _CP_OFF RADIX DEC TEMP EQU 20H SIGNAL EQU 21H MOVLW 0 ;W←0 MOVWF TEMP ;TEMP←W MOVWF SIGNAL ;SIGNAL←W LOOP INCF TEMP,1 ;TEMP←TEMP+1 CALL CHECK ;サブルーチンコール BTFSS SIGNAL,0 ;SIGNALの第0BITが1だったらスキップ GOTO LOOP CHECK MOVLW 5 ;W←5 SUBWF TEMP,0 ;W←TEMP-W 0:W , 1:F と割り当てられている BTFSC STATUS,2 ;STATUSの2bit(ZERO)が0スキップ INCF SIGNAL,1 RETURN END
L:リテラル(定数)
F:ファイルレジスタ
W:ワーキングレジスタ
入出力I/O(Input/Output)とはマイコンの外にある機器からデータを取り込んだり送りつけたりすること。
機器の例：
・LED(光素子:ランプのようなもの)、
・モータ
・スイッチ
・リレー(電磁スイッチ)
・パソコン(シリアル、パラレル通信)
・A/D,D/A変換(スピーカ、温度計)
ポートA、ポートBは、次のレジスタとつながっている。
PORT A,PORT B ← ファイルレジスタの05,06番地にある。
INPUT,OUTPUTなどの入出力専用の命令がない。
76543210
PORT A XXX00000 0:使用可能
PORT B 00000000 X:使用不可能
PORT B 00000001 とすると、PB0だけが5Vとなる。
他は0Vだが実際には0.6Vくらい(論理的に'0')
これはPICが大出力電流をサポートするためと思われ。
'1'=5V -----
|
|
'0'=0V___|
ポートA,ポートBから、データを取り込むか、出力するか
を設定しなければならない。その為のレジスタがTRISAおよびTRISBである。TRISA,TRISB ← ファイルレジスタ (Special Function Registerの) ↑ ↑ portA portB 1:入力、0:出力 すなわちportA,portBの出力ごとに入出力方向を指定できる。そのためには、ファイルレジスタ中のSTATUSレジスタの第5bitをRP0といい、 これを0にするとbank0, 1にするとbank1になる。
ファイルレジスタのアドレス
bank0 bank1
00h ...... 80h ......
...... ......
05h portA 85h trisA
06h portB 86h trisB
...... ......
アドレス
00000100 04h
10000100 84n
↑
MSBがRP0なんだー。RP0はステータス・レジスタの第5bitなんだー。
では具体的にどうするん？BSF STATUS,RP0 ; bank1に指定する。Bit Set File Register MOVLW 02 ; 入出力方向設定 1bit:入力、0bit:出力 MOVWF TRISA ; 方向を指定とすると、
BCF STATUS,RP0 ; bank0に指定する。Bit Set File Register MOVLW 01 ; 出力値設定 MOVWF PORTA ; 値出力INPUTポートに1を出力しても問題ない。
パワーオン時には出力指定で、0V出力になっている。
page0,page1,page2,page3:プログラムメモリの切り替え(PIC16F84にはない)
bank1,bank0:ファイルレジスタの切り替え
BSF STATUS,5 ; Bank1に切り替える。 MOVLW B'00000001' ; ポートAの入出力を設定 MOVWF TRISA ; TRISAに書き込む MOVLW B'00000000' ; ポートBの入出力を設定 MOVWF TRISB ; TRISBに書き込む BCF STATUS,5 ; Bank0に戻す注意 !!!
BCFでバンク0に戻さないと、ある値を出力したかったのに 入出力方向を切り替えてしまうことになる。